DE4406520A1 - Anordnung elektrischer Montagekomponenten einer Rechnereinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung elektrischer Montage­ komponenten einer Rechnereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Rechnereinheiten weisen als elektrische Montagekomponenten unter anderem eine Verdrahtungsplatte und elektrische Flach­ baugruppen auf. Die elektrischen Flachbaugruppen sind in jeweiligen Einsteckplätzen der Verdrahtungsplatte angeordnet. Die Anordnung erfolgt in der Weise, daß die elektrischen Flachbaugruppen zur Flächenausdehnung der Verdrahtungsplatte senkrecht abstehend ausgerichtet sind.

Die elektrischen Flachbaugruppen weisen unter anderem hochin­ tegrierte elektronische Bauelemente auf. In Summe bilden die elektronischen Bauelemente eine Gesamtelektronik der Rechner­ einheit. Die Gesamtelektronik einer Rechnereinheit ist in logisch funktionelle Untereinheiten strukturiert. Beispiels­ weise ist eine logisch funktionelle Untereinheit eine solche Einheit, die für Ein/Ausgangsvorgänge zu peripheren Geräten zuständig sind.

Eine logisch funktionelle Untereinheit kann die elektroni­ schen Bauelemente von mehr als einer elektrischen Flachbau­ gruppe umfassen. Es liegen somit auf der einen Seite elektro­ mechanische und auf der anderen Seite logische Funktionsein­ heiten vor. Es besteht nun das Problem, die mechanischen und die logischen Funktionseinheiten in einer solchen Weise zusammenzufassen, daß ein Optimum an kompakter Bauweise, Schnittstellenaufteilung, räumlicher Anpassung und günstiger Signallaufzeiten erzielt werden kann.

Durch die Einzelanordnung der elektrischen Flachbaugruppen in Einsteckplätzen der Verdrahtungsplatte sind bei Hochlei­ stungs-Rechnereinheiten, die sehr viele elektrische Flachbau­ gruppen umfassen, großflächige Verdrahtungsplatten verwendet.

Großflächige Verdrahtungsplatten sind sehr teuer. Eine Anpas­ sung des für die Elektronik benötigten Raumes an den in einer Rechnereinheit für die Elektronik zur Verfügung stehenden Raumes ist mit einer großflächigen Verdrahtungsplatte schwie­ rig. Als Ergebnis werden oft Räume nicht genutzt. Dadurch, daß die elektrischen Flachbaugruppen über die großflächige Verdrahtungsplatte verteilt angeordnet sind, ergeben sich oft große Abstände zwischen elektrischen Flachbaugruppen, zwi­ schen denen ein intensiver Datenaustausch stattzufinden hat. Laufzeitprobleme müssen berücksichtigt werden. Situationen entstehen, in denen ein kreuzweiser Datenverkehr zwischen paarweise miteinander kommunizierenden elektrischen Flachbau­ gruppen stattfindet. Aller Datenverkehr erfolgt über die Verdrahtungsplatte. Koordinationsprobleme sind die Folge. Die Leistungsfähigkeit des Rechners ist eingeschränkt.

Aufgrund der Wichtigkeit des Funktionierens der Verdrahtungs­ platte und des materiellen Wertes großer Verdrahtungsplatten wird ein entsprechend großer Herstellungsaufwand betrieben. Fehlerhafte Verdrahtungsplatten werden zeitaufwendig repara­ turverdrahtet. Ein Austausch einer großen Verdrahtungsplatte in einer Rechnereinheit ist besonders ungünstig.

Technologische Weiterentwicklungen elektrischer Flachbaugrup­ pen können aufgrund des starren Systems mit einer großen Verdrahtungsplatte nicht genutzt werden, ohne die Verdrah­ tungsplatte ebenfalls neu mitzuentwickeln. Das Ergebnis ist aber jedesmal wieder eine Verdrahtungsplatte, die nur bei den augenblicklichen Verhältnissen eingesetzt werden kann. Eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Verdrahtungsplatten ist die Folge.

Elektrische Flachbaugruppen verwenden vorgegebene Typen von Grundleiterplatten. Benötigen die elektronischen Bauelemente einer logisch funktionellen Untereinheit der Gesamtelektronik mehr Platz als auf einer solchen Grundleiterplatte zur Verfü­ gung steht, ist eine weitere Grundleiterplatte notwendig. Für die weitere Grundleiterplatte ist auf der Verdrahtungsplatte ein Einsteckplatz mit Übertragungswegen vorzusehen. Der Datenaustausch zwischen den Grundleiterplatten über die Verdrahtungsplatte ist sicherzustellen. Der Platz auf der weiteren Grundleiterplatte ist in der Regel nicht voll ausge­ nutzt. Ein unnötiger Verbrauch von Grundleiterplatten ist damit verbunden. Wertvoller Raum in der Rechnereinheit wird verbraucht.

Alle diese Nachteile verschlechtern die Wirtschaftlichkeit einer Rechnereinheit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung elektri­ scher Montagekomponenten der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß damit die Wirtschaftlichkeit einer Rechnereinheit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine Rechnereinheit wird wirtschaftlicher, weil kompakte Flachbaugruppeneinheiten zusammengestellt werden können, die alle elektronischen Bauelemente einer logisch funktionellen Untereinheit der Gesamtelektronik auf einmal aufnehmen kön­ nen. Dadurch werden weniger Einsteckplätze auf der Verdrah­ tungsplatte benötigt. Leitungswege zu ehemals anderen elek­ trischen Flachbaugruppen werden eingespart. Kürzeste Signal­ laufzeiten können realisiert werden. Eine Flachbaugruppenein­ heit kann abgeändert werden, ohne daß gleich die Verdrah­ tungsplatte mitgeändert werden muß. Eine Kühlung benötigende elektronische Bauelemente der Flachbaugruppeneinheit können auf einer eigenen Leiterplatte zusammengefaßt und durch eine kompakte Kühleinrichtung gemeinsam gekühlt werden. Für Auf­ bauleiterplatten können beliebige Größen und beliebig geform­ te Aufbauflächen verwendet werden. Teure Grundleiterplatten sind pro Flachbaugruppeneinheit nur einmal notwendig. Ein Großteil des Datentransfers findet innerhalb einer Flachbau­ gruppeneinheit statt. Für den Datentransfer innerhalb einer Flachbaugruppeneinheit können freigewählte Schnittstellen benutzt werden. Ein sehr kompakter Aufbau der Flachbaugrup­ peneinheiten ist möglich. Die Größe der Verdrahtungsplatte kann reduziert werden. Die Einbaudichte der Elektronik in einer Rechnereinheit wird erhöht. In der Rechnereinheit können zur Verfügung stehende Räume besser genutzt werden. Die Rechnereinheit kann kleiner konzipiert werden.

Eine höhere Wirtschaftlichkeit wird auch dadurch erzielt, daß die Verdrahtungsplatte in Teilen ausgeführt wird. Die Ver­ drahtungsplatte kann so flexibel ungeraden Kantenverläufen der Rechnereinheit angepaßt werden. Die einzelnen Teile der Verdrahtungsplatte sind darüber hinaus billiger und leichter fehlerfrei zu fertigen. Teile einer Verdrahtungsplatte lassen sich zu einem späteren Zeitpunkt leichter austauschen. Eine Neuentwicklung kompletter Verdrahtungsplatten ist häufig nicht mehr notwendig.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl die elektrischen Flachbaugruppen als auch die Verdrahtungsplatte in erfinderi­ scher Weise ausgeführt sind. Es sind extrem kompakte Ein­ bauweisen der Elektronik in eine Rechnereinheit möglich. Eine Anpassung der Volumenausdehnung der Elektronik an ungleichmä­ ßig ausgebildete Freiräume in der Rechnereinheit ist eben­ falls möglich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Teile der Verdrahtungsplatte derart angeordnet werden, daß sie jeweils einer der Wandseiten eines Quaders zuordenbar sind. In einer letzten Stufe können die einzelnen Teile der Ver­ drahtungsplatte schließlich einen Quader bilden, innerhalb dem die elektrischen Flachbaugruppen angeordnet sind. Hier­ durch ist eine sehr kompakte und einfach handzuhabende Anord­ nung der Gesamtelektronik einer Rechnereinheit möglich. Über offene Kanten eines auf diese Weise gebildeten Quaders kann ein Kühlmittel noch ein- und ausgeführt werden.

Weisen die elektrischen Flachbaugruppen oder Teile davon Mittel auf, durch die gegenüber der Anordnung der Grundlei­ terplatte in einem Einsteckplatz der Verdrahtungsplatte Anordnungen in weiteren Einsteckplätzen der Verdrahtungsplat­ te möglich sind, sind nochmals verkürzte Leitungswege und eine weiter kompakte Einbauweise der Gesamtelektronik mög­ lich.

Sind die Größen der Grundleiterplatten und der Aufbauleiter­ platten standardisiert, können diese günstig als Massenware gefertigt werden.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung von elektrischen Flachbaugruppen und Teilen einer Ver­ drahtungsplatte einer Rechnereinheit gemäß der Er­ findung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung der Komponenten aus Fig. 1, und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Anordnung der zu einer Verdrahtungsplatte gemäß der Fig. 1 und 2 gehörenden Teile.

Fig. 1 zeigt ein erstes und ein zweites Teil 1, 2 einer Verdrahtungsplatte einer Rechnereinheit. Eine Verdrahtungs­ platte einer Rechnereinheit ist auch unter dem englischen Begriff "Platter", bekannt. Die Verdrahtungsplatte bildet die Basis für die Montage der elektrischen Flachbaugruppen. Die Verdrahtungsplatte stellt die Verbindung zwischen den einzel­ nen elektrischen Flachbaugruppen her.

In der Fig. 1 sind zwei Teile 1, 2 der Verdrahtungsplatte gezeigt. Diese Teile müssen aber nicht notwendigerweise die einzigen Teile der Verdrahtungsplatte sein.

In der Fig. 1 sind die Teile 1, 2 der Verdrahtungsplatte zueinander rechtwinkelig angeordnet. Jede beliebige andere Anordnung von Teilen der Verdrahtungsplatte zueinander ist aber auch denkbar. Beispielsweise könnte ein Teil der Ver­ drahtungsplatte ein anderes Teil in der gleichen Ebene ver­ längern. Möglich wäre auch eine Verlängerung des betreffenden Teils in einer dazu versetzten Ebene.

Auch die Wahl einer Seite, an der ein weiteres Teil anzuord­ nen ist, ist nicht von vornherein festgelegt. Die Wahl hängt beispielsweise von den Einbaubedingungen in der Rechnerein­ heit ab.

Grundsätzlich können mit mehreren Teilen einer Verdrahtungs­ platte, die auch in den Flächenausdehnungen unterschiedlich groß sein können, beliebige Strukturen aufgebaut werden. Teile einer Verdrahtungsplatte müssen dabei auch nicht nur an den Stirnseiten miteinander verbunden sein. Eine Verbindung ist auch innerhalb des Flächenbereichs eines Teiles denkbar. Eine Verbindung über mehrere Stellen, die jeweilige angepaßte Schnittstellen darstellen, ist ebenfalls denkbar. Denkbar ist auch, daß Teile der Verdrahtungsplatte gleichzeitig Träger­ teil für elektronische Bauelemente sind.

Beispiele für verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Teile einer Verdrahtungsplatte sind in den Fig. 2 und 3 angedeu­ tet.

In der Fig. 2 sind drei Teile 1, 1a und 1b einer Verdrah­ tungsplatte U-förmig angeordnet. Zwischen den beiden die Schenkel der U-Form bildenden Teile ist eine einfache elek­ trische Flachbaugruppe 16 angeordnet.

In der Fig. 3 sind die Teile 1a bis 1n der Verdrahtungsplat­ te in der Weise angeordnet, daß sie Seitenwänden eines Qua­ ders zuordenbar sind. Die Teile müssen dabei nicht notwendi­ gerweise einen vollständigen Quader bilden, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Im Innenraum des Quaders können die verschiedenen elektrischen Flachbaugruppen angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, daß außerhalb des Quaders elektri­ sche Flachbaugruppen angeordnet sind.

In der Fig. 3 sind elektromechanische Verbindungselemente als gestrichelte Linien angedeutet. Ferner sind die einzelnen Teile 1a bis 1n der Verdrahtungsplatte jeweils nicht so groß ausgebildet, daß sie sich jeweils an den Kantenbereichen berühren. Hierdurch weisen die Kantenbereiche Zwischenräume auf, um Kühlungsmittel in den Innenraum des Quaders ein- beziehungsweise aus dem Innenraum herausführen zu können. Die Kantenbereiche können aber auch verschlossen sein, soweit eine Kühlung auf diesem Weg nötig und noch möglich ist.

Zurück zur Fig. 1. In der Fig. 1 ist ein Verbindungselement 3 angegeben, daß die beiden Teile 1 und 2 der Verdrahtungs­ platte elektromechanisch miteinander verbindet. Die Verbin­ dung erfolgt dabei an den Stirnseiten der jeweiligen Teile 1 und 2.

Auf dem einen Teil 1 der Verdrahtungsplatte ist ein Einsteck­ platz 4 vorgesehen. In dem Einsteckplatz 4 ist eine Grundlei­ terplatte 5 einer elektrischen Flachbaugruppe angeordnet. Die Grundleiterplatte 5 ist hierzu mit einem Stecker 6 ausgerü­ stet, der in dem Einsteckplatz 4 der Verdrahtungsplatte angeordnet ist. Die Flächenausdehnung der Grundleiterplatte 5 entspricht einer vorgegebenen Größe. Die Grundleiterplatte 5 dient als Trägerplatte für elektronische Bauelemente 7.

Auf der Grundleiterplatte 5 sind Verbindungsplätze 8 für eine Aufbauleiterplatte 9 vorgesehen. Die Aufbauleiterplatte 9 weist elektronische Bauelemente 10 und Verbindungsplätze 11 für eine weitere Aufbauleiterplatte 12 auf. Auf der weiteren Aufbauleiterplatte 12 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Reihe von weiteren Verbindungsplätzen 13 für nochmals weitere Aufbauleiterplatten 14 vorgesehen.

Die Aufbauleiterplatten 14 sind jeweils beidseitig mit elek­ tronischen Bauelementen 15 bestückt. Die Aufbauleiterplatten 14 sind senkrecht zur Flächenausdehnung der Grundleiterplatte 5 angeordnet. Die Aufbauleiterplatten 9 und 12 sind parallel zur Flächenausdehnung der Grundleiterplatte 5 angeordnet. Auf den Aufbauleiterplatten 14 können solche elektronischen Bauelemente 15 angeordnet sein, die für eine Kühlung vorgese­ hen sind. Im Falle einer nicht ausreichenden Luftkühlung können Kühlkörper vorgesehen sein, wobei zwischen zwei elek­ tronischen Bauelementen 15 ein Kühlkörper gleichzeitig je­ weils beide Bauelemente kühlen kann.

Die Verbindungsplätze 8, 11 und 13 können Elemente umfassen, die eine lösbare Verbindung zwischen den einzelnen betreffen­ den Leiterplatten realisieren. Es können aber auch Elemente vorgesehen sein, die eine nichtlösbare Verbindung zwischen den betreffenden Leiterplatten realisieren. Eine Kombination der beiden Möglichkeiten ist ebenfalls denkbar.

Die elektronischen Bauelemente 7, 10 und 15 können als zu einer logisch funktionellen Untereinheit einer in logisch funktionelle Untereinheiten unterteilten Gesamtelektronik einer Rechnereinheit zugeordnet angesehen werden. Elektroni­ sche Bauelemente, die dabei auf der Grundleiterplatte 5 keinen Platz mehr finden, sind auf den Aufbauleiterplatten 9, 10 und 13 angeordnet. Die Aufteilung der verschiedenen elektronischen Bauelemente auf die Grundleiterplatte und die Aufbauleiterplatten ist davon abhängig, wie günstigerweise Schnittstellen, kurze Leitungswege und Kühlungsmöglichkeiten für die elektronischen Bauelemente realisiert werden können. Insgesamt bilden die Elemente 6 bis 15 eine Flachbaugruppen­ einheit, die bisher auf mehrere Grundleiterplatten 5 aufge­ teilt waren. Eine derartige Flachbaugruppeneinheit ermöglicht eine wesentlich höhere Einbaudichte als eine Vielzahl einzelner Flachbaugruppen.

Die Anordnung der Aufbauleiterplatten 9 und 12 im Zusammen­ spiel mit der Grundleiterplatte 5 der Flachbaugruppeneinheit gemäß der Fig. 1 ist nur ein Beispiel für beliebig andere Anordnungsmöglichkeiten. Beispielsweise sind gemäß der Fig. 1 die Grundleiterplatte 5 und die Aufbauleiterplatten 9 und 12 jeweils gleich groß. Es sind aber je nach Bedarf auch unterschiedliche Größen denkbar. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Größen sowohl der Grundleiterplatte als auch der Aufbauleiterplatten standardisierten Werten entsprechen können. Die Aufbauleiterplatte 9 kann beispielsweise verkürzt ausgebildet und die Aufbauleiterplatte 12 kann zum einen mit einem Verbindungsplatz auf der Aufbauleiterplatte 9 und zum anderen mit einem Verbindungsplatz auf der Grundleiterplatte 5 verbunden sein.

Eine weitere Variationsmöglichkeit ist gegeben, wenn die verschiedenen Leiterplatten selber wieder Elemente für eine Anordnung in einem weiteren Einsteckplatz der Verdrahtungs­ platte aufweisen. Dies ist beispielsweise bei einer Flachbau­ gruppe 16 in der Fig. 2 gegeben, die an gegenüberliegenden Enden jeweils Elemente aufweist, die Einsteckplätzen der Verdrahtungsplatte als Ganzes zugeordnet sind. Kurze Signal­ wege sind hierdurch beispielsweise realisierbar.

Claims (7)

1. Anordnung elektrischer Montagekomponenten einer Rechner­ einheit, die eine Verdrahtungsplatte mit Einsteckplätzen für elektrische Flachbaugruppen und elektrische Flachbaugruppen aufweist, die jeweils eingesteckt in einen Einsteckplatz der Verdrahtungsplatte senkrecht abstehend zur Verdrahtungsplatte angeordnet sind und elektronische Bauelemente aufweisen, die zum Teil Flachbaugruppen übergreifend jeweiligen logisch funktionellen Untereinheiten einer in logisch funktionelle Untereinheiten aufgeteilten elektronischen Gesamtlogik der Rechnereinheit zugeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß für einer logisch funktionellen Untereinheit zugeordnete elektronische Bauelemente (7, 10, 15) eine Grundleiterplatte (5) vorgegebener Größe vorgesehen ist, die in einem Einsteck­ platz (4) der Verdrahtungsplatte angeordnet und zumindest für einen Teil der betreffenden elektronischen Bauelemente (7, 10, 15) Trägerplatte ist, daß für elektronische Bauelemente (7, 10, 15), für die die Grundleiterplatte (5) keine Trägerplatte ist, Aufbauleiterplatten (9, 12, 14) vorgegebener Größe vorgesehen sind, die parallel und/oder senkrecht zur Flächenausdehnung der Grundleiterplatte (5) in Verbindungs­ plätzen (8, 11, 13) der Grundleiterplatte (5) und/oder wenig­ stens einer Aufbauleiterplatte (9, 11, 14) angeordnet sind, und/oder daß die Verdrahtungsplatte in wenigstens zwei Teile (1, 2) unterteilt ist, die in einer beliebigen räumlichen Ausrichtung zueinander angeordnet und elektromechanisch miteinander verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verdrahtungsplatte in wenigstens zwei Teile (1a, . . ., 1n) unterteilt ist, die in der Weise zueinander angeordnet und elektromechanisch miteinander verbunden sind, daß die jeweiligen Teile (1a, . . ., 1n) jeweils einer Wandseite eines Quaders zuordenbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teile (1a, . . ., 1n) der Verdrahtungsplatte jeweils einer Wandseite eines Quaders mit der Maßgabe zugeordnet sind, daß die Kantenbereiche eines mit den jeweiligen Teilen (1a, . . ., 1n) der Verdrahtungsplatte soweit gebildeten hohlen Quaders nur insoweit verschlossen sind, als notwendige Kühlungsmittel in das Innere des soweit gebildeten hohlen Quaders wenigstens an den Kantenbereichen ein- und wieder herausführbar sind.

4. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aufbauleiterplatten (9, 12, 14) aufeinander angeordnet sind.

5. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundleiterplatte (5) und/oder wenigstens eine Auf­ bauleiterplatte (9, 12, 14) Mittel für eine Anordnung in gegenüber dem Einsteckplatz (4) für die Grundleiterplatte (5) wenigstens einen weiteren Einsteckplatz der Verdrahtungsplat­ te aufweist.

6. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsplätze (8, 11, 13) wahlweise Verbindungs­ mittel für eine lösbare oder feste Verbindung zwischen den betreffenden Leiterplatten umfassen.

7. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundleiterplatte (5) und die Aufbauleiterplatten (9, 12, 14) Flächenausdehnungen aufweisen, denen standardisierte Größen zugeordnet sind.